View
253
Download
1
Category
Preview:
Citation preview
Hordalékmozgás
Hordalék: a felszíni vizekben a vízzel együtt (de nem feltétlen azonos sebességgel) mozgó szilárd anyagok gyűjtőneve
Folyami hordalék: – görgetett– lebegtetett
Tavi hordalék:– többnyire lebegtetett– kevésbé görgetett
Hordalék mozgása - mederváltozás (medermorfológia)
Szélsőségek: – Folyók felső szakaszán árvízkor sziklagörgetegek mozgása,
műtárgyak megrongálódása– Folyók középső és alsó szakaszán lebegtetett hordalék kiülepedése,
parti szűrésű vízbázisokhoz tartozó beszivárgási mederfelület eltömődése(kolmatáció)
Hidraulika II.
Hordalék keletkezése: a kőzetek mállásával és elbomlásával
Származás: a vízfolyás vízgyűjtőterületéről vagy saját medréből és partjaiból
Folyami hordalék: – a többnyire a mederfenéken mozgó hordalék a görgetett hordalék– a többnyire a víztestben mozgó hordalék a lebegtetett hordalék
Görgetett hordalék (elegendően durva szemcsék): – a fenék közeli (turbulens) áramlások hatására a mederfenéken csúszik,
gördül, illetve kisebb-nagyobb ugrásokat végez– legfontosabb annak a határállapotnak a meghatározása, amelynél a nyugvó
hordalékszem éppen megindul, illetve az a tömeghozam, amellyel agörgetve szállított hordalékot az áramlás szállítja
Lebegtetett hordalék (elegendően finom szemcsék):– túlnyomórészt a víztestben lebegve, az áramlási sebességgel közel azonos
sebességgel mozog– általában egyenletesebb, mint a görgetett hordalékmozgás
Görgetett hordalékmozgás a Dráván
Fagyasztásos mederanyag mintavétel a Dunán (1794.7 fkm, 2003.10.28.)
Fagyasztásos mederanyag mintavétel a Dunán
A kiemelt zavartalan mederminta alsó felülete
Felül mintegy 10 cm vastag homokos kavicsréteg,
alatta durva kavicsból álló páncélozódott réteg
A zavartalan mederminta felszíne leolvasztás után
Szemeloszlási görbe
- 10 és 20 mm között szemcsehiányos
- 2 szemcsepopuláció: korábbi görgetett hordalék, illetve a páncélréteg
0.00
10.00
20.00
30.00
40.00
50.00
60.00
70.00
80.00
90.00
100.00
0.1110100
d [mm]
a [%
]
Dunai mederanyagminták (1800.35 fkm, 2004.01.27.)
Alaktani vizsgálat (Zingg-féle diagram; szemcseátmérők: a>b>c)Duna (1800.35 fkm, 2004.01.27, minta:5)
0
0.1
0.2
0.3
0.4
0.5
0.6
0.7
0.8
0.9
1
0 0.1 0.2 0.3 0.4 0.5 0.6 0.7 0.8 0.9 1
c/b
b/a
Korong
Lapos
Gömbszerű
Hengeres
Duna (1800.35 fkm, 2004.01.27, minta:7)
0
0.1
0.2
0.3
0.4
0.5
0.6
0.7
0.8
0.9
1
0 0.1 0.2 0.3 0.4 0.5 0.6 0.7 0.8 0.9 1
c/b
b/a
Duna (1800.35 fkm, 2004.01.27, minta:6)
0
0.1
0.2
0.3
0.4
0.5
0.6
0.7
0.8
0.9
1
0 0.1 0.2 0.3 0.4 0.5 0.6 0.7 0.8 0.9 1
c/b
b/a
Duna (1800.35 fkm, 2004.01.27, minta:8)
0
0.1
0.2
0.3
0.4
0.5
0.6
0.7
0.8
0.9
1
0 0.1 0.2 0.3 0.4 0.5 0.6 0.7 0.8 0.9 1
c/b
b/a
A hordalék és a mederanyag jellemzése:Azok a leglényegesebb tulajdonságok, amelyek a hordalék mozgásában szerepet játszanak (lehetőleg mind a görgetett és lebegtetett hordalékot, mind a medret alkotó anyagot jól jellemezzék)
Az egyes hordalékszemek jellemzése - a hordalékanyag együttes jellemzése
Hordalékszemek nagysága (többnyire szabálytalan alakú szemcse geometriai nagyságának jellemzése):
– ülepedési átmérő (a részecskével azonos fajsúlyú, vele azonossebességgel ülepedő gömb átmérője, d<0,1mm-re)
– szitálási átmérő (az a szitanyílás-méret, amelyen a szemcse épp áthullikd>0,1mm-re, mert ilyen nyílású szita még készíthető)
– névleges átmérő (annak a gömbnek az átmérője, melynek térfogataazonos a szemcse térfogatával, inkább elméleti jelentőségű)
Hordalékszem alakja, mint az ülepedési sebesség és átmérő, illetve a hordalékszem mozgásának lényeges befolyásolója. Pl. Heywood alapján a hordalékszem k térfogatállandója (a szem térfogata és a legstabilabb helyzetben vett sík vetületét burkoló kör átmérője alapján):
,3dVk sz= 524,0
663
3
===π
π
d
d
kPl. gömbre
A hordalékanyag leglényegesebb tulajdonsága a szemnagyságok, pontosabban az ezek helyettesítésére bevezetett pl. szitálási szemátmérők eloszlása és egymáshoz viszonyított aránya (szemösszetételi görbe, mint egy közönséges eloszlásfüggvény)Példa: a Duna egy Győr környéki jellemző szelvényének mederanyag szemösszetételi görbéi mederanyag-minta szitálása alapján. A helyszín:
Egy tipikus szemcseösszetételi görbe
A kiválasztott szelvény mederváltozásai a kilencvenes években
A hordalékszemcse ülepedése, mint a víz sűrűségénél nagyobb testsűrűségű részecske vízben, a nehézségi erőtér hatására lefelé végzett mozgása. Az ülepedési sebesség elsősorban a szemcse méreteitől, alakjától, testsűrűségétől és a víz viszkozitási viszonyaitól függ.
Közelítően gömb alakú, d átmérőjű kis részecskékre (Stokes, 1851):
üw - ülepedési sebesség
νdwü
sz =Re - ún. szemcse Reynolds-szám (azt mutatja meg, hogy az ülepedő részecskemaga körül milyen áramlási (hidrodinamikai) viszonyokat kelt)
( )vszgdFGG ρρπ−=−=′
6
3Víz alatti súly:
,21 2
üvwk wAcF ⊥= ρ4
2πdA =⊥Közegellenállási erő:
,34
2421 2
2
üvüvü
k wdwddw
F νρππνρ ==→=→<sz
wsz cRe241,0ReStokes szerint:
Állandósult sebességű ülepedés:
( )→−=→′= vszüvk gdwdGF ρρπνρπ6
33
v
vszü
gdwρρρ
ν−
=2
181mm08,0<d
( )→−=→′= vszüwk gdwdcGF ρρπρπ68
1 322 d
cgw
v
vsz
wü ρ
ρρ −=
34mm08,0>d
A görgetett hordalékmozgás alapösszefüggéseiDu Boys (1879): a hordalékmozgató erő ill. fenék-csúsztatófeszültség mint fél-tapasztalati összefüggések bevezetése
Feltevés egyszerűsített esetre: permanens egyenletes vízmozgásnál a a fenék-csúsztatóerő munkájára fordítódik a helyzeti (vagy piezometrikus) energia csökkenése. Ez egyúttal a hordalék-megmozdítást és mozgást létrehozó elsődleges erőhatás. Mederfelület-egységre eső értéke a fenék-csúsztatófeszültség, melyet a cső- illetve mederhidraulikában tanultak szerint, a hidraulikus sugárral (széles medreknél a vízmélységgel) és az energiavonal esésével (permanens egyenletes áramlás esetén megegyezően a fenék- és felszíneséssel) kifejezve:
ghSRS vv ργτ ≈=0
ghSgRSgRSvv
v
v
≈===ρ
ρρτ 0
*
Ha fenti két paraméter elér ill. meghalad egy az adott mederanyagra jellemző határértéket,a mederfelszínen a hordalék mozogni kezd. A mozgás kezdete Shields (1936) szerint az alábbi jellemzőktől függ:
kszemcseala,,,,,* dv szv νρρ
Bevezetjük az ún. fenékcsúsztató sebességet:
A jellemzőket kombinálva bevezetjük a csúsztatósebességgel képzettReynolds- és Froude-számot:
( )gdvdvvsz
v
ρρρ
ν −==
2*
**
* Fr,Re
Az adott viszonyok ismeretében az ún. Shields-diagrammról leolvasható a mozgás kezdetét jelentő állapot.
Shields-diagramm
( )gdvdvvsz
v
ρρρ
ν −==
2*
**
* Fr,Re
Mozgás elindulása - mederformák megjelenése, vándorlása, átváltozása (mederfelszín fodrozódás, dűnék, antidűnék stb.) - visszahatás pl. a mederérdességi viszonyokban
Görgetett hordalékhozamIdőegység alatt, egységnyi szélességen szállított qh hordaléksúly (eredetileg kp/sm-ben).
Meyer-Peter és Müller (1934-48) féltapasztalati összefüggése az egyik legelterjedtebb:
( )gdq
dhS
vsz
hv
vsz
v
ρρρ
ρρρ
−+=
−
32325,0047,0
%50dd =
Lebegtetett hordalékmozgás
Kimosódás műtárgyak körül
Hordalékmozgás sekély tavakban, a hullámzás szerepe
Recommended